го эксперимента, в которой принимают участие два вращающихся электрона и
которая была разработана в ходе исчерпывающего анализа, данного этому
эксперименту Дэвидом Бомом. Для того, чтобы уловить основной смысл ситу-
ации, необходимо познакомиться с некоторыми свойствами электронного спи-
на, или вращения электрона. Классическая метафора вращающегося теннисно-
го мяча не вполне подходит для описания вращающейся субатомной частицы.
В определенном смысле, спин частицы представляет собой ее вращение вок-
руг собственной оси, однако, как это всегда бывает в субатомной физике,
это классическое понятие имеет ограниченную область применения. В случае
с электроном, множество значений спина состоит из двух вариантов: коли-
чество вращения остается всегда постоянным, однако относительно оси вра-
щения электрон может вращаться в двух направлениях-или по, или против
часовой стрелки. Физики обычно обозначают эти два значения при помощи
слов "верх" и "вниз".
Основное свойство вращения электрона, которое нельзя объяснить при
помощи классических терминов,- это невозможность точного определения
направления его оси. Электроны обладают тенденцией существовать в раз-
личных точках внутри атома, и точно таким же образом для них характерны
тенденции вращаться вокруг той или иной оси. Тем не менее, стоит нам
выбрать некую ось и произвести измерения, как мы обнаружим, что электрон
вращается именно вокруг этой оси в одном из двух направлений. Другими
словами, частица приобретает определенную ось вращения в момент измере-
ния, однако до этого момента об оси вращения ничего определенного ска-
зать нельзя: электрон имеет только некоторую тенденцию, или потенцию,
вращаться вокруг этой оси.
Придя к такому пониманию спина электрона, мы можем приступить к расс-
мотрению эксперимента ЭПР и теоремы Белла. В эксперименте участвуют два
электрона, вращающиеся в противоположных направлениях, так, что их сум-
марный спин равен нулю. Существует несколько экспериментальных методик,
которые позволяют привести два электрона в такое состояние, при котором
направления осей вращения неизвестны, но общий спин двух частиц точно
равен нулю. Теперь предположим, что какие-то процессы, не оказывающие
воздействия на спин частиц, вызывают их удаление друг от друга. При этом
суммарное значение спина остается равным нулю, и, когда расстояние между
ними становится достаточно большим, исследователи поочередно измеряют
спин каждой из двух частиц. Важная деталь эксперимента-то, что расстоя-
ние между ними может быть сколько угодно большим: одна частица может на-
ходиться в Нью-Йорке, другая в Париже; одна - на Земле, а другая- на Лу-
не.
Предположим теперь, что после измерения спина частицы вокруг верти-
кальной оси мы обнаружили, что она имеет "верхний" спин. Поскольку сум-
марный спин обеих частиц равен нулю, из этого следует, что спин второй
частицы должен быть "нижним". Таким образом, посредством измерения спина
частицы 1 мы одновременно косвенно измеряем спин частицы 2, не оказывая
на нее совершенно никакого воздействия. Парадоксальность эксперимента
ЭПР заключается в том, что исследователь волен выбирать для измерения
любую ось. Квантовая теория утверждает, что спины частиц будут иметь
противоположные значения по отношению к каждой оси вращения, однако до
момента измерения они существуют только в качестве тенденций или воэмож-
ностей. Стоит наблюдателю выбрать определенную ось и произвести измере-
ния, как обе частицы получают определенную общую ось вращения. Особенно
важен тот факт, что мы можем выбрать ось измерения в последний момент,
когда между электронами будет уже довольно большое расстояние. В тот мо-
мент, когда ны производим измерение характеристик частицы 1, частица 2,
которая, возможно, находится на удалении в несколько тысяч миль, тоже
приобретает определенное значение спина по отношению к выбранной оси из-
мерения. Как частица 2 "узнает" о том, какую ось мы выбрали? Это проис-
ходит настолько быстро, что она не может получить эту информацию при по-
мощи какоголибо условного сигнала.
В этом заключается основная проблема интерпретации эксперимента ЭПР,
и именно в этом вопросе Эйнштейн не мог согласиться с Бором. По мнению
Эйнштейна, поскольку никакой сигнал не способен перемешаться в прост-
ранстве быстрее скорости света, измерение, произведенное по отношению к
одному из электронов, не может в то же мгновение сообщить определенное
направление вращению второго электрона, находящегося в тысячах миль от
первой частицы. По мнению Бора, система из двух электронов представляет
собой неделимое целое, хотя частицы и разделены большим расстоянием, и
мы не можем рассматривать эту систему в терминах составных частей. Хотя
электроны находятся довольно далеко друг от друга, они, тем не менее,
соединены мгновенными, нелокальными связями. Эти связи не являются сиг-
налами в понимании Эйнштейна, они не соответствуют нашим условным предс-
тавлениям о передаче информации. Теорема Белла подтверждает справедли-
вость концепции Бора в отношении несовместимости взглядов Эйнштейна на
физическую действительность как на сложную структуру, состоящую из са-
мостоятельных элементов, разделенных пространством, с законами квантовой
теории. Другими словами, теорема Белла проливает свет на фундаментальную
взаимосвязь и нераздельную слитность Вселенной. Как говорил за две тыся-
чи лет до Белла индийский буддист Нагарджуна (см. главу 10),
"Вещи черпают свое существование и природу во взаимозависимости, и не
являются ничем сами по себе."
Современная физика старается объединить две свои основные теории,
квантовую теорию и теорию относительности, в рамках единой всеобъемлющей
теории субатомных частиц. До сих пор создать такую теорию не удавалось,
однако наука уже располагает рядом частных теорий и моделей, вполне ус-
пешно описывающих определенные стороны субатомной реальности, В настоя-
щее время в субатомной физике существуют две разновидности квантово-ре-
лятивистских теорий, которне успешно применяются в различных областях
человеческой деятельности. Первая из них-это группа теорий квантового
поля (см. главу 14), которые описывают электромагнитные и слабые взаимо-
действия, ко второй принадлежит теория, известная под названием теории
S-матрицы (см. главу 17) и успешно описывающая сильные взаимодействия.
Главная проблема, которая до сих пор остается нерешенной,-это задача
объединения теории относительности и квантовой теории в рамках квантовой
теории гравитации. Хотя шагом к решению этой проблемы, возможно, послу-
жат существующие уже сейчас теории "супергравитации", до настоящего вре-
мени удовлетворительных вариантов ее решения на суд научной обществен-
ности предложено не было.
Теории квантового поля, подробно описанные в главе 14, исходят из
концепции квантового поля-фундаментальной сущности, которая может су-
ществовать в протяженной, континуальной форме-в виде поля-и в непротя-
женной форме-в виде частиц. При этом различные типы частиц связаны с
различными полями. Эти теории пришли на смену представлениям о частицах
как о фундаментальных объектах и заменили его гораздо более тонкой и
адекватной концепцией квантовых полей. Несмотря на это, они используют
понятие фундаментальных сущностей и являются по этой причине полукласси-
ческими теориями, которые не могут полностью раскрыть квантово-реляти-
вистскую природу субатомной материи.
Квантовая электродинамика, первая из теорий квантового поля, обязана
своим успехом тому обстоятельству, что электромагнитные взаимодействия
очень слабы, и при них сохраняются классические различия между веществом
и силами взаимодействия (в техническом отношении это означает, что конс-
танта электромагнитного сопряжения настолько мала, что при увеличении
длительности возбужденного состояния степень приближения все же остается
вполне приемлемой). То же самое можно сказать о теориях поля, описываю-
щих слабые взаимодействия. По сути дела, в последнее время сходство меж-
ду электромагнитными и слабыми взаимодействиями только усиливается бла-
годаря появлению новой разновидности теорий квантового поля, получивших
название гейдж-теорий, которые позволяют рассматривать оба типа взаимо-
действий на общих основаниях. В возникшей на их основе объединенной тео-
рии поля, получившей название теории Вайнберга-Салама в честь своих соз-
дателей, Стивена Вайнберга в Абдуса Салама, два типа взаимодействий сох-
раняют свою самостоятельность, но переплетаются в математическом отноше-
нии и получают общее наименование "электрослабых" взаимодействий.
Подход, характерный для гейдж-теорий, распространяется и на сильные
взаимодействия благодаря возникновению теории поля под названием кванто-
вой хромодниамики (КХД), и теперь многие физики пытаются добиться "вели-
кого объединения" квантовой хромодинамики с теорией Вайнберга-Салама.
Тем не менее, использование гейдж-теорий для описания сильновзаимо-
действующих частиц порождает немало проблем. Взаимодействия между адро-
нами настолько сильны, что различие между частицами и силами начинает
утрачивать свою четкость. Поэтому КХД плохо подходит для описания про-
цессов с участием сильновзаимодействующих частиц, за исключением некото-
рого количества совершенно специфических "явлений"--так называемых "глу-
боких неэластичных" процессов рассеивания,-в ходе которых частицы, по
каким-то неизвестным причинам, ведут себя почти так же, как и самостоя-
тельные объекты классической физики. Несмотря на самые напряженные уси-
лия, физики не смогли распространить сферу применения КХД на явления вне
этого узкого круга, и первоначальные надежды на то, что КХД выполнит
роль теоретической основы для объяснения свойств сильновзаимодействующих
частиц, до сих пор не оправдались.
КХД представляет собой современную математическую формулировку квар-
ковой модели (см. главу 16): поля ассоциируются в ней с кварками, а сло-
во "хромо" относится к цветам, присущим этим кварковым полям. Как и все
гейдж-теории, КХД возникла позже квантовой электродинамики (КЭД). В то
же время, как в КЭД электромагнитные взаимодействия рассматриваются в
качестве процессов, опосредованных фотонными обменами между заряженными
частицами, в КХД сильные взаимодействия опосредованы "глюонами", прини-
мающими участие в аналогичных обменах между разноцветными кварками. Глю-
оны являются не собственно частицами, а одной из разновидностей квантов,
которые "приклеивают" кварки друг к другу (английское слово "glue", от
которого образовано название глюонов, имеет значение "клей", "приклеи-
вать"), что ведет к возникновению мезонов и барионов.
На протяжении последнего десятилетия в результате открытия большого
количества новых частиц в ходе экспериментов по рассеиванию с применени-
ем все более высоких энергии кварковая модель, как уже говорилось в гла-
ве 16, была существенным образом расширена и уточнена. Каждый из перво-
начально постулированных кварков, получивших обозначения соответственно
u, d и s, должен был существовать в трех различных ароматах, а затем
ученые постулировали существование и четвертого кварка, получившего аро-
мат "charm". Впоследствии к модели добавилось еще два аромата (t и b,
что обозначает "top" и "bottom", то есть соответственно, "вершина" и
"дно", а более романтическое толкование дают варианты "trueit и
"beautiful", то есть "подлинный и "красивый"), вследствие чего общее ко-
личество кварков стало равным восемнадцати - шести ароматам, помноженным
на три цвета. Неудивительно, что многим физикам такое многообразие фун-
даментальных "кирпичиков" мироздания пришлось не по душе, и они начали
поговаривать о необходимости введения "более элементарных" частиц, из
